基于廣域同步測量技術(shù)定位間歇性單相接地故障的方法及應(yīng)用

姚艷霞，軒剛毅

（國網(wǎng)河南漯河供電公司，漯河 462000）

1 引言

當前中壓配電網(wǎng)多以架空線路為主，并且多采用中性點非有效接地的小電流接地系統(tǒng)，包括了中性點不接地，經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)電阻接地三種方式[1]。實際運行時，單相接地故障占小電流接地系統(tǒng)配網(wǎng)故障的80%以上。對于架空線路，瞬時性接地故障占大多數(shù)，對小電流接地系統(tǒng)影響很小，但某些情況下，瞬時性接地故障可能因某些原因而在線路某個位置頻繁出現(xiàn)，發(fā)展為間歇性弧光故障，而間歇性弧光接地故障會引起弧光接地過電壓，從而導致接地故障發(fā)展為相間短路，造成供電中斷。本文基于廣域同步測量技術(shù)，利用在線路固定位置安裝的廣域同步測量裝置上報的廣域同步的故障錄波數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)對間歇性弧光故障的快速定位。

2 基于廣域同步測量的單相接地故障選線和定位方法

設(shè)計的廣域同步測量系統(tǒng)通過高精度的廣域同步信息將系統(tǒng)中的零序電壓和零序電流信息在指定時刻提取出來用于單相接地故障的判斷和定位。首先零序電壓監(jiān)測裝置通過監(jiān)測零序電壓，當突變量超過設(shè)定門限，且連續(xù)超過門限的點數(shù)超過設(shè)定的點數(shù)門限，則視為線路出現(xiàn)單相接地故障，將這一錄波數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺。具體流程如圖1所示：

圖1 接地故障啟動和錄波流程

得到所有裝置的零序電流廣域高精度同步數(shù)據(jù)之后，根據(jù)單相接地故障的特征，來進行選線和選相。因為整個系統(tǒng)設(shè)計的廣域同步精度很高達到1us，數(shù)字采樣的精度達到16bit，采用對數(shù)據(jù)采樣和同步要求高，可靠性高的暫態(tài)零序電流的方法[2]。以比較普遍的零序電流比幅比相法[3]為例，來說明具體的選相定位方法。

第一步：選取有效數(shù)據(jù)窗。為了兼容小電流接地的三種不同接地方式，方案選擇了零序電壓突變點后的1/4周波內(nèi)數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)窗，零序電流幅度大，且相位不受消弧線圈影響[2]。第二步：故障選線。選出每條線路的首端裝置（離母線距離最近的裝置），利用首端裝置的有效數(shù)據(jù)窗內(nèi)的零序電流。第三步：故障定位。如果故障時在廣域測量裝置覆蓋的區(qū)域內(nèi)某條出線上，再取出這條出線所有裝置的有效數(shù)據(jù)窗內(nèi)零序電流進行比幅比相。第四步：間歇性故障判斷。如果發(fā)現(xiàn)在特定間隔時間同一區(qū)間段的相似度較高的故障出現(xiàn)次數(shù)超過一定門限，則系統(tǒng)提示特別告警信息。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及案例

3.1 現(xiàn)場環(huán)境說明

基于上述原理和方法設(shè)計的廣域同步測量系統(tǒng)于2016年9月在某變電站進行了實地安裝。具體的線路拓撲和安裝圖如下：

圖2 現(xiàn)場線路拓撲結(jié)構(gòu)和裝置安裝示意圖

經(jīng)過實地應(yīng)用，系統(tǒng)準確的檢測到幾十次的單相接地故障和上百次瞬時性接地故障，未出現(xiàn)誤報和錯報情況。

3.2 具體案例

以2016年11月26日的一次故障為例，監(jiān)測系統(tǒng)在10點34分49秒監(jiān)測到多次的間歇性接地故障發(fā)生，超過了系統(tǒng)設(shè)定門限，系統(tǒng)報警，后該故障發(fā)展為永久性接地故障。下面結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)的錄波波形進行說明。故障錄波啟動：從圖3可以看到，零序電壓突變增大，呈現(xiàn)一定規(guī)律的頻繁的突變，監(jiān)測系統(tǒng)由此啟動了故障錄波。

圖3 系統(tǒng)間歇性故障報警和零序電壓波形圖

選線：從圖4可以看到，故障線的零序電流明顯大于非故障線，并且二者接近反相。本例因為只有兩條線路，可以借助零序電壓的相位關(guān)系來作為故障線的參考[2]，從圖4可以看到零序電壓的變化方向和故障線的零序電流相反（相差90度）。

定位：從圖5可以看到，在故障點上下游的零序電流反向，而且上游的裝置零序電流明顯大于下游的零序電流裝置。

間歇性故障判斷：從單次錄波來看，已經(jīng)可以看到實際過程有多次的瞬時性故障，多次瞬時性故障的波形相似度很高。對比圖5和圖6可以看到兩次故障波形相似度很高，可認為是同一原因在同一故障點引發(fā)的間歇性單相接地故障。

圖4 零序電壓，線路首端裝置的零序電流圖

圖5 故障點上下游裝置零序電路

圖6 第二次錄波啟動

4 結(jié)束語

單相接地故障是配網(wǎng)的主要故障，瞬時性的故障占據(jù)實際故障的大多數(shù)。但瞬時性故障持續(xù)時間短，只在暫態(tài)時有較大電流，通過文中介紹的廣域同步的故障檢測和定位方法可以準確的實現(xiàn)對瞬時性故障的檢測和定位，并針對演變?yōu)殚g歇性故障的情況，對于在一個地點相鄰時間段頻繁發(fā)生的瞬時性故障，并且在故障波形具有較大相似性的情況下，提前進行預(yù)警，并報告故障區(qū)間，而不必等到故障發(fā)展到永久性故障，充分利用了前期故障初期信息，進一步提高了線路的可靠性。